NÖHÜ Müh. Bilim. Derg. / NOHU J. Eng. Sci., 2023; 12(3), 752-761 Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi Niğde Ömer Halisdemir University Journal of Engineering Sciences Araştırma makalesi / Research article www.dergipark.org.tr/tr/pub/ngumuh / www.dergipark.org.tr/en/pub/ngumuh * Sorumlu yazar / Corresponding author, e-posta / e-mail: isikli.ibrahim@outlook.com (İ. Işıklı) Geliş / Recieved: 03.04.2023 Kabul / Accepted: 29.05.2023 Yayımlanma / Published: 15.07.2023 doi: 10.28948/ngumuh.1276016 752 Lazer tabanlı sensörler kullanılarak rüzgâr hızı ve yönü ölçüm cihazı tasarımı Design of wind speed and direction measurement device using laser-based sensors İbrahim Işıklı 1,* , Bayram Köse 2 ,Mehmet Sağbaş 3 1,2,3 Bakırçay Üniversitesi, Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi, Menemen/İzmir, Türkiye Öz Abstract Rüzgâr hızı ve yönü ölçümlerinde çeşitli anemometreler ve yön belirleme cihazları kullanılmaktadır. Rüzgâr enerjisinden elektrik üretimi ve tahminleri için uygun maliyetli, hassas ölçüm aletlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmada, lazer mesafe sensörleri, mikrodenetleyiciler ve bütünleşmiş elektronik devreler kullanarak bir anemometre tasarlanmıştır. Tasarım, ölçüm merkezinden sapan mesafeye göre rüzgâr hızı ve yönü ölçmektedir. Bu mesafe sayısal olarak hesaplanarak rüzgâr verileri elde edilmiştir. Mevcut tekniklerden farklı olarak tasarlanan bu yöntem, gerçek bir anemometre ile karşılaştırılmış ve hata analizi yapılmıştır. Hata analizi sonucu bağıl hata değeri 0.01685 olarak bulunmuştur. Bu çalışmada kullanılan yöntem, düşük maliyetli ve hassas bir anemometre tasarlama açısından önemli sonuçlar vermektedir. Different types of anemometers and direction determining devices are used in measuring wind speed and direction. Especially, low-cost and accurate measuring devices are required for the production and estimates of electricity generated from wind energy. Therefore, a design for an anemometer has been carried out using appropriate low- cost laser distance sensors, microcontrollers, and integrated electronic circuit equipment. The resulting anemometer from the design works based on the distance from the measurement center that changes according to wind speed and direction. The wind speed and direction data are obtained by digitally calculating this distance. By following a different approach than the existing techniques in measuring wind speed and direction, the data obtained in this method was compared with a real anemometer and an error analysis was performed. The relative error value was found to be 0.01685 as a result of the error analysis. Anahtar kelimeler: Rüzgâr enerjisi, Rüzgâr hızı ölçümü, Rüzgâr yönü Tespiti, Anemometre, LIDAR sensör, Optoelektronik, Optik mesafe ölçümü Keywords: Wind energy, Wind speed measurement, Wind direction determination, Anemometer, LIDAR sensor, Optoelectronic, Optical distance measurement 1 Giriş Rüzgâr enerjisi, yenilenebilir enerji kaynakları arasında temel bir enerji türüdür ve son on yılda %30 oranında büyüyerek önemli bir gelişme göstermiştir [1]. Rüzgâr enerjisinin üretim verimliliği; rüzgar hızı, hava yoğunluğu, hava basıncı, ortam sıcaklığı, rüzgar hızı dağılımı ve türbülans yoğunluğu gibi parametrelerden etkilenir [2]. Rüzgâr türbininden elde edilen güç, rüzgâr hızının küpü ile orantılıdır [3], bu nedenle rüzgâr çiftliklerinin kurulumunda rüzgârın hızı çok büyük önem taşımaktadır [4]. Rüzgâr çiftliği sahasının geliştirilme, işletme ve enerji analizi gibi pek çok aşamasında rüzgâr hızı ve yönünün ayrıntılı bilgisi gereklidir. Bu bilgiler genellikle anemometreler ve anemometrelere yardımcı ek ekipmanlar ile toplanır. Anemometreler, İtalyan matematikçi Leone Battista Alberti tarafından geliştirildiği ilk günden beri rüzgâr hızını farklı şekillerde ölçmek için kullanılmaktadır [5]. Bu farklı tekniklerin kullanılması ile rüzgârdan elde edilen enerji verimliliğini artırmak, enerji maliyetlerini düşürmek ve rüzgâr hızını doğru bir şekilde belirlemek hedeflenmiştir. Bundan dolayı anemometreler, kurulacak yeni rüzgâr enerjisi santrallerinin potansiyelinin belirlenmesinde önemli bir role sahiptir [6]. Son yıllarda, rüzgâr türbinlerinin yaygınlaşması ve mikro üretim kapsamında akıllı şebekelere dâhil edilmesi anemometrelerin daha da önemli hale gelmesine neden olmuştur [7]. Bu nedenle, düşük maliyetli ve basit ölçüm sistemleri olan anemometrelere olan ihtiyaç da artmaktadır. Ayrıca, anemometrelerin geniş çapta benimsenmesi, küçük ölçekli rüzgâr türbinlerinin yaygınlaşmasını teşvik etmektedir [8]. Anemometreler rüzgâr hızını ölçmek için, farklı prensiplere göre mekanik [9], sıcak tel [10], ultrasonik [11], LIDAR (Light Detection and Ranging) [12] veya fiber optik [13] olarak üretilebilirler. Bu anemometrelerin yanı sıra, hava akışını algılamak üzere pitot tüpü ile ölçüm çalışmaları yapılmaktadır [14]. Farklı prensiplere göre çalışan bu anemometreler kendine has dezavantajlar içerir [15]. Mekanik anemometrelerin